[發明專利]超聲波指紋傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201710245690.0
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107092880B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 季鋒;聞永祥;劉琛;周浩
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號: G06V40/13
• 分類號: G06V40/13;H10N39/00;H01L21/82
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純;張靖琳

本申請公開了超聲波指紋傳感器及其制造方法。所述方法包括：形成CMOS電路；以及在所述CMOS電路上形成超聲波換能器。在該方法中，形成超聲波換能器的步驟包括：形成模板層；在所述模板層中形成第一開口；在所述模板層上形成停止層，所述停止層共形地覆蓋所述模板層；在所述停止層上形成犧牲層，所述犧牲層填充所述第一開口；在所述停止層和所述犧牲層上形成掩模層，所述掩模層覆蓋所述犧牲層；在所述掩模層上形成到達所述犧牲層的至少一個第二開口；經由所述至少一個第二開口去除所述犧牲層形成空腔，以及在所述掩模層上形成壓電疊層。該方法利用模板層和停止層形成空腔，從而可以降低制造成本以及提高傳感器的性能。

技術領域

本發明涉及指紋傳感器，更具體地，涉及超聲波指紋傳感器及其制造方法。

背景技術

生物特征識別是用于區分不同生物特征的技術，包括指紋、掌紋、臉部、DNA、聲音等識別技術。指紋是指人的手指末端正面皮膚上凹凸不平的紋路，紋路有規律的排列形成不同的紋型。指紋識別指通過比較不同指紋的細節特征點來進行身份鑒定。由于具有終身不變性、唯一性和方便性，指紋識別的應用越來越廣泛。

在指紋識別中，采用傳感器獲取指紋圖像信息。根據工作原理的不同，指紋傳感器可以分為光學、電容、壓力、超聲傳感器。光學傳感器體積較大，價格相對高，并且對于指紋的干燥或者潮濕狀態敏感，屬于第一代指紋識別技術。光學指紋識別系統由于光不能穿透皮膚表層，所以只能通過掃描手指皮膚的表面，不能深入到真皮層。這種情況下，手指的干凈程度直接影響識別的效果，如果用戶手指上粘了較多的灰塵、汗液等，可能就會出現識別出錯的情況。并且，如果人們按照手指做一個指紋手摸，也可能通過識別系統。因此，對于用戶而言，光學傳感器的使用存在著安全性和穩定性方面的問題。電容指紋傳感器技術采用電容器陣列檢測指紋的紋路，屬于第二代指紋傳感器。每個電容器包括兩個極板。在手指觸摸時，指紋的紋路位于極板之間，形成電介質的一部分，從而可以根據電容的變化檢測指紋紋路。電容式指紋傳感器比光學類傳感器價格低，并且緊湊，穩定性高，在實際產品中的使用更有吸引力。例如，在很多手機中使用的指紋傳感器即是電容式指紋傳感器。然而，電容式指紋傳感器有著無法規避的缺點，即受到溫度、濕度、沾污的影響較大。

作為進一步的改進，已經開發出第三代指紋傳感器，其中利用壓電材料的逆壓電效應產生超聲波。該超聲波在接觸到指紋時，在指紋的嵴、峪中表現出不同的反射率和透射率。通過掃描一定面積內的超聲波束信號即可讀取指紋信息。超聲波指紋傳感器產生的超聲波可以能夠穿透由玻璃、鋁、不銹鋼、藍寶石或者塑料制成的手機外殼進行掃描，從而將超聲波指紋傳感器設置在手機外殼內。該優點為客戶設計新一代優雅、創新、差異化的移動終端提供靈活性。此外，用戶的體驗也得到提升，掃描指紋能夠不受手指上可能存在沾污的影響，例如汗水、護手霜等，從而提高了指紋傳感器的穩定性和精確度。

現有的超聲波指紋傳感器包括集成在一起的超聲波換能器和CMOS電路。共晶鍵合是集成CMOS電路和超聲波換能器的有效方法，但是該種方法對準精度低、制造成本高。較為經濟的方案為在CMOS電路表面直接制造超聲波換能器，在CMOS電路和超聲波換能器之間設置絕緣層以隔開二者。該結構中的CMOS電路用于處理超聲信號，因此超聲波指紋傳感器可以高速讀取和鑒定指紋。然而，超聲波換能器包括位于壓電疊層下方的空腔結構，該空腔結構不僅制造困難，而且由于工藝偏差導致超聲波指紋傳感器的頻率不穩定、參數一致性差、以及成品率差。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供超聲波指紋傳感器及其制造方法，其中，利用模板層和停止層形成空腔，以降低制造成本以及提高傳感器的性能。